Универсальный стенд для холодной и горячей обкатки газовых двигателей Российский патент 2024 года по МПК G01M15/04 

Изобретение относится к технологическому процессу ремонта, диагностики и проверки работоспособности газовых двигателей в ремонтно-механических мастерских средних и крупных автотранспортных предприятий. Стенд используется для холодной и горячей обкатки газовых двигателей КАМАЗ 820, 920 серий, ЯМЗ 536 (534), 537 серий. Стенд оборудуется специализированным источником питания природного газа (технологическая кассета), стойкой для установки бортовых компьютеров газовых двигателей, персональным компьютером для отслеживания технических характеристик испытываемых двигателей, системами отвода и подвода, отработавших газов и воздуха, трансформируемой конструкцией для возможности установки любых типоразмеров двигателей.

Известна полезная модель: стенд испытания двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 155270, опубл. 2015.09.27], состоит из стандартного стенда с дополнительно установленными датчиками, которые позволяют измерять рабочие параметры двигателя. Осуществляется питание жидким моторным топливом, функционирует система охлаждения. Стенд установлен на простой передвижной платформе, снабжен трамблером, соединен с коленчатым валом посредством гибкого шланга, установлен универсальный бортовой компьютер.

Отличительные особенности стенда: измерение частоты вращения коленчатого вала с помощью газоанализатора, содержатся дополнительные датчики измерения рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания.

Данный стенд не позволяет производить контроль большинства современных двигателей, которые были отремонтированы и требуют проверки и диагностики перед началом монтажа на шасси автомобиля. Не совсем понятно, каким образом производится подключение различных двигателей к универсальному блоку управления и соединению системы зажигания, подачи топлива. Современные двигатели имеют определенные протоколы передачи данных, в общем пользовании нет универсальных блоков управления, которые могли бы подойти к каждому двигателю. На схеме устройства не показана, и неоговорена фиксация стенда при проведении испытаний, в зависимости от типа двигателя крутильные колебания, вибрация могут значительно нарушать стабильность установки, что не безопасно с точки зрения техники безопасности.

Известно изобретение: стенд обкатки и диагностики двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 2209987, опубл. 2003.08.10], стенд состоит из двигателя внутреннего сгорания, связанного с двигателем-тормозом, коробки передач, муфты. Стенд оборудован датчиком оборотов, датчиком момента, на входе подключены датчики температуры, момента, оборотов, давления в масляной магистрали. На выходе регулятор управляет дроссельной заслонкой двигателя. Стенд производит холодную обкатку, после чего запускает горячую обкатку испытуемого двигателя. Установка автоматически производит обкатку, после установки стабильных параметров, завершает обкатку.

Стенд не подходит к большинству современных двигателей, в особенности газовых двигателей. На современных двигателях установлены датчики нового уровня, которые требуют других определенных калибровок, настроек и подключения.

Известны полезные модели: стенд приработки и испытания двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 34737, Пат. RU 34738, опубл. 2003.12.10], стенд имеет исполнительный механизм частоты вращения с возможностью кинематического соединения с топливодозирующим органом двигателя. Стенд оборудован различными датчиками индикации и контроля действительных рабочих параметров испытуемого двигателя внутреннего сгорания. Отличительной особенностью стенда, является отключение установки в случае выхода за пределы допустимых значений. Специализированный блок подает сигнал и отключает подачу топлива, прерывает процесс приработки в случае необходимости.

Несмотря на существующие системы, установленные на стенде, своевременное отключение установки и контроль показателей в реальном времени, не позволяет производить испытание различных современных двигателей. Не позволяет установить на стенд различные двигатели, нет возможности обкатывать газовые двигатели.

Известна полезная модель: устройство для обкатки двигателя внутреннего сгорания [Пат. RU 115417, опубл. 2008.04.27], рассмотрена детальная работа установки. Работа в режиме холодной и горячей обкатки, с отнесением различных параметров и условий, которые должны выполняться в процессе приработки отремонтированного двигателя.

Недостатками полезной модели является непроработанная схема применения типоразмеров двигателей внутреннего сгорания. Несмотря на детальное описание процесса нагружения, в холодном и горячем методе обкатки, возникают сложности в применении на современных типах двигателей, использующих в качестве моторного топлива природный газ.

Известна полезная модель: стенд для проведения комплексных испытаний двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 133930, опубл. 2013.10.27], стенд позволяет производить комплексные испытания двигателей внутреннего сгорания. Отличительной особенностью стенда является возможность проводить комплекс испытаний, получать широкий перечень данных: газоаналитические, нагрузочные характеристики, внешние характеристики, частичные скоростные характеристики, имитация ездового цикла двигателя внутреннего сгорания.

К недостаткам данной модели можно отнести непроработанную модель передвижной платформы стенда. Невозможность адаптировать к испытательному комплексу газовые двигатели внутреннего сгорания.

Известна полезная модель: имитационная система контроля данных электронных систем управления транспортных средств [Пат. RU 175585, опубл. 2017.12.11], полезная модель может быть использована для проведения имитационного моделирования различных видов испытаний двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием с жидким и газообразным топливом. Реализована система контроля электронных систем управления, встроены различные датчики.

Недостатками данной системы является ее прямое назначение, проведение имитационного моделирования различных неисправностей, настройку определенного двигателя, система не применима к повседневной деятельности моторного цеха ремонтной мастерской. Количество и типоразмер современных двигателей не позволяет иметь универсального блока управления и датчиков контроля, что также не дает полноценно использовать данную установку в испытании газовых двигателей после ремонта.

Известна полезная модель: нагружающее устройство стенда для испытаний инжекторных двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 179860, опубл. 2018.05.28], устройство предназначено для испытания инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Стенд оборудован асинхронным двигателем, динамометрической муфтой, датчиком количества оборотов вала, муфтой для согласования электродвигателя с испытуемым двигателем.

Недостатками стенда является ограниченность применяемости, нацеленная на двигатели внутреннего сгорания с инжекторной системой питания. Непроработанная модель стенда, нет понимания, как устанавливаются и закрепляются двигатели на стенде. Нет возможности устанавливать битопливные двигатели на стенд.

Известно изобретение: стенд для испытаний и обкатки [Пат. RU 2045009, опубл. 1995.09.27], для двигателей внутреннего сгорания. Суть изобретения заключается в использовании гидравлики для проведения испытаний двигателей внутреннего сгорания. Стенд оборудован гидравлическим насосом подпитки, гидравлической передачей, обратными клапанами, обратной гидравлической машины, предохранительных клапанов.

Недостатками установки является ограниченное применение гидравлического стенда для двигателей различного типоразмера и вида используемого топлива. Нет подробного описания возможности крепления различных двигателей.

Известно изобретение: стенд обкатки автотракторных двигателей [Пат. RU 2105176, опубл. 1998.02.20], содержит ведущий и ведомый двигатели, связанные через коробку передач, разобщающие муфты, догружатель, задатчик уровней мощностей тепловых потерь двигателей, датчик момента ведомого двигателя, датчик оборотов ведущего двигателя, датчик расхода воды, масла, датчик температуры воды и количества газов. Использован стандартный обкаточно-тормозной электростенд КИ-5543 ГОСНИТИ. Стенд соединен с пультом управления и вычислительной машиной. Отличительной особенностью является применение принципов теории автоматического управления, теории обкатки, приработки, теории надежности машин.

Недостатками стенда является низкая приспособленность к современным типам двигателей внутреннего сгорания. Сложность адаптации и установки на стенд газовых двигателей грузовых автомобилей.

Известно изобретение: стенд для приработки и испытания двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 2256896, опубл. 2005.07.20], содержит электрическую машину, ЭВМ, блок датчиков, блок измерения, блок выбора режимов, блок формирования сигналов управления и блок индикации.

Недостатками данного стенда является высокая сложность установки, множество контролирующих блоков, которые необходимо настраивать высококвалифицированным специалистам. Из-за сложности и обилия датчиков, нет возможности установить различные типы двигателей, в том числе с газовой системой питания.

Известно изобретение: стенд для испытаний и обкатки [Пат. RU 2267761, опубл. 2006.01.10], оборудован приводным двигателем, гидропередачей, входящим регулируемым насосом, кинематически связанным с испытуемой машиной, снижена металлоемкость за счет применения ступенчато регулируемой.

Недостатками данной установки является применения гидравлического привода в стенде. Низкая применяемость на установке других двигателей, в первую очередь современных газовых двигателей.

Известна полезная модель: стенд для пусковых испытаний двигателей внутреннего сгорания [Пат. RU 72324, опубл. 2008.04.10], стенд расположен на передвижной платформе, снабжен вспомогательными системами пуска и работы двигателя. Отличительной особенностью стенда является расположение всех элементов и систем непосредственно на передвижной платформе. Еще одной особенностью стенда является возможность проведения пусковых испытаний двигателя внутреннего сгорания непосредственно на транспортном средстве. Данный метод сложно производить, требует долгой настройки, не ко всем типам двигателей можно применить обкатку без снятия.

Анализ технических характеристик стенда показал, что установка на стенд и испытание современных газовых двигателей затруднительна. Возникает необходимость в доработке стенда под требования современных двигателей.

Настоящая конструкция стенда для холодной и горячей обкатки газовых двигателей обеспечивает установку различных типов двигателей, в том числе газовых метановых двигателей. Платформа позволяет трансформировать конструкцию стенда для широкого перечня типоразмеров и моделей двигателей. В конструкцию заложены переходники, для установки всех типов отечественных и зарубежных двигателей. Состоит из широко используемого стенда 2 фирмы КОПИС КС-276-032 (в базе устанавливаются двигатели ЯМЗ-236, 238, 240, КАМАЗ-740, ЗИЛ-130, 375 ,508.10, ЗМЗ-53, ГАЗ-52, Д-245.12), который адаптирован для установки современных газовых двигателей КАМАЗ 820, 920 серий, ЯМЗ 536 (534), 537 серий.

Изобретение поясняется прилагаемым чертежом и нижеследующим описанием, где на фигуре приведен вид сбоку универсального стенда для холодной и горячей обкатки газовых двигателей.

Принцип работы стенда: ремонтный (испытуемый) двигатель, демонтированный с автомобильного шасси, поступает в моторный цех, где проходит полный цикл ремонта с заменой цилиндропоршневой группы, головок блока и т.д. После проведенного ремонта, двигатель транспортируется к цеху испытаний двигателей. Цех оборудован мощной приточно-вытяжной вентиляцией, на полу установлены рельсы, по которым передвигается установка стенда КС-276-032, данное решение оправдывает себя при испытании больших и тяжелых двигателей, окна и ворота выполнены распашными, крыша цеха откидная. Двигатель надежно фиксируется в необходимом положении фиксирующими болтами. Помещение оборудуется специализированными датчиками утечки по метану, устанавливаются по периметру, количество зависит от объема помещения. Двигатель устанавливается на специализированные крепления 2. Далее присоединяются к двигателю все системы обеспечения. Система охлаждения, система отвода отработавших газов (не показана на схеме), переносится часть недостающих агрегатов навесного оборудования (стартер, генератор), а также датчики и устройства подачи и регулирования топливовоздушной смеси, на стойку 3 устанавливается электронный блок управления двигателем, снятый с шасси автомобиля. Присоединяется вал 4 нагрузочного устройства 6, привод закрывается специальным защитным кожухом 5. Подключается пульт управления 7 и персональный компьютер 8 к испытываемому двигателю. Отличительной особенностью модели является применение альтернативного источника питания. В цехе устанавливается технологическая кассета 9, которая содержит два баллона по 100 л. Каждый баллон оборудован баллонным вентилем, правила ЕЭК ООН R110, с электромагнитным, предохранительным и пожарным клапанами. На технологической кассете установлен редуктор высокого давления и фильтр высокого давления (фильтр не показан на схеме). С помощью гибкого шланга, технологическая кассета подключается к топливной магистрали низкого давления газового двигателя. Промышленный вентилятор 1 позволяет обеспечить имитацию набегающего потока, позволяет программному комплексу оптимально настроить функциональные параметры ремонтного двигателя.

Оператором установки, мотористом производится окончательное подключение всех систем к двигателю. Производится заправка техническими жидкостями и газами: моторное масло (обкаточное), охлаждающая жидкость, технологическая кассета наполняется метаном на ПАГЗ или АГНКС.

Режим холодной обкатки: запускается электродвигатель нагрузочного устройства и на пульте управления отображаются мгновенные параметры: частота вращения [об/мин], температура ОЖ 1 [°С], мощность [кВт], общее время обкатки [мин], давление масла [МПа], температура ОЖ 2 [°С], нагрузочный момент [н⋅м], текущее время обкатки [мин].

Оператором задается необходимое время обкатки, пульт управления связан с персональным компьютером, на который установлено программное обеспечение установки. Далее оператор наблюдает за индикацией на пульте управления и мониторе компьютера: электродвигатель, зажигание, топливоподача, неисправность, блокировка, конец обкатки, связь с ПК, электродвигатель ИМ. На каждый тип двигателя предустановленна программа обкатки. Оператору необходимо правильно определить тип двигателя и внести параметры в программу обкатки. В процессе обкатки производится постоянный контроль всех систем двигателя. Не должно быть течи рабочих жидкостей. Специальный промышленный вентилятор обеспечивает имитацию потока ветра, что позволяет программному обеспечению произвести максимально точные измерения. Под испытываемым двигателем устанавливается специальная приемная ванна (на схеме не показана). В случае появления течи моторного масла или охлаждающей жидкости, все собирается в ванну и затем утилизируется. По окончании времени обкатки, оператор отключает программу.

В режиме горячей обкатки газовых двигателей, необходимо строго выполнять требования техники безопасности. Оператор, моторист подключает технологическую кассету к системе питания двигателя газом. Запускает двигатель, аккумуляторные батареи находятся в нише под пультом управления (не показаны на схеме). Запускает программное обеспечение, определяет необходимую программу для данного типа двигателя. Производит мониторинг всех систем и параметров испытываемого двигателя. Температура, давление, крутящий момент, мощность двигателя. Визуально контролируется надежность соединений после проведенного ремонта, течи рабочих жидкостей при горячей обкатке не допускаются. В случае обнаружения какой-либо неисправности, незамедлительно производится останов программы обкатки и устраняется неисправность.

Техническим результатом использования стенда для обкатки газовых двигателей является возможность провести полноценные испытания отремонтированного газового двигателя на стенде, без затрат времени на установку и снятие двигателя на базовое шасси.

Указанный результат достигается внедрением в технологический процесс ремонтного предприятия специализированной установки по испытанию газовых двигателей.

Предложенный универсальный стенд для холодной и горячей обкатки газовых двигателей позволяет произвести установку различных газовых двигателей на стенд, произвести испытания и установить на базовое шасси без риска их повторного демонтажа. Обеспечивает крупным транспортным предприятиям, эксплуатирующих газобаллонные автомобили на значительном удалении от ремонтных баз, существенное снижение трудоемкости и материальных затрат, за счет доставки двигателя в моторный цех и проведения полных испытаний на стенде. Происходит значительная унификация оборудования и технологического цикла ремонта газовых двигателей. Исключается временные затраты на поиск, изготовление и адаптацию специализированных устройств по установке различных типов и моделей газовых двигателей.

Изобретение относится к технологическому процессу ремонта, диагностики и проверки работоспособности газовых двигателей в ремонтно-механических мастерских средних и крупных автотранспортных предприятий. Универсальный стенд для холодной и горячей обкатки газовых двигателей содержит установленный на платформе двигатель внутреннего сгорания. Стенд содержит электронный блок управления двигателем, снятый с шасси автомобиля, вал нагрузочного устройства, пульт управления с персональным компьютером, технологическую кассету с двумя газовыми баллонами, с помощью гибкого шланга подключаемую к топливной магистрали низкого давления газового двигателя, и вентилятор для имитации набегающего воздушного потока. Изобретение позволяет производить полный цикл послеремонтных испытаний газовых двигателей, что сокращает время простоя техники в зоне ремонта. 1 ил.

Универсальный стенд для холодной и горячей обкатки газовых двигателей, содержащий установленный на платформе двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что стенд содержит электронный блок управления двигателем, снятый с шасси автомобиля, вал нагрузочного устройства, пульт управления с персональным компьютером, технологическую кассету с двумя газовыми баллонами, с помощью гибкого шланга подключаемую к топливной магистрали низкого давления газового двигателя, и вентилятор для имитации набегающего воздушного потока.